Analysis of effectiveness of energy storage application on a railway line supplied by a 3 kv dc system

• Autorzy: Maciołek T. , Szeląg A. , Drążek Z.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In order to save energy used by electric urban transport, the special energy storage devices – ESDs (as batteries or ultracapacitances), which reuse recuperation energy of vehicles, are increasingly applied these days are. They are commonly installed on-board of rolling stock. In network electric traction, the energy ESDs may be installed in a low voltage (up to 1.5 kV DC) power supply system (typically in traction substations or connected to catenary). The decision about installation of these devices is to be undertaken upon completing a technical and economic assessment of the proposed solution. The vital aspect of the issue is an amount of energy which may be saved, which is a function of type of route, traffic, rolling stock, place and energy capacity of the proposed energy storage device. Due to high power of vehicles as well as high technical demands (efficiency, protection against overvoltage, etc.) imposed on the ESD connected to a 3 kV DC network, the ESD has yet to find practical applications. But increasing emphasis on energy saving in transport and technological growth will create opportunity for developing a technically effective design of the ESD. The paper presents the method for calculating effectiveness of an energy storage device installed in a 3 kV DC traction substation. A study case consisting in effectiveness analysis of application of energy storage devices of two types: a battery and ultracapacitance in a 3 kV DC traction substation supplying a one-track mountain railway line. A set of traffic types and parameters of power supply have been taken into consideration. As a result of analysis, a year energy saving obtained due to different energy capacity of installed energy storage device has been presented. Trends in technology development are positive – due to increase of power and parameters and decrease of cost of basic elements – ultracapacitances and power electronic devices (IGBT). Increase of energy costs as well as law imposing greater CO2 reduction will give another impulse for this kind of investment. Therefore, installation of ESDs in 3 kV DC railway traction may be soon justified.

Słowa kluczowe

EN

storage; railway; tension

• Wydawca: Instytut Naukowo-Wydawniczy "TTS" Sp. z o.o
• Czasopismo: TTS Technika Transportu Szynowego
• Rocznik: 2015
• Tom: R. 22, nr 10
• Strony: 75--79, CD
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Maciołek T.

• Warsaw University of Technology, Institute of Electrical Machines, Poland

autor

Szeląg A.

• Warsaw University of Technology, Institute of Electrical Machines, Poland

autor

Drążek Z.

• Warsaw University of Technology, Institute of Electrical Machines, Poland

Bibliografia

• 1. ABB Review. ENVILINE™ ESS voltage support case study How can Rail Transit Authorities mitigate voltage issues due to increased power demand? ABB edition 10.2014
• 2. ABB Review. SEPTA’s (Southeastern Pennsylvania Transit Authority) Wayside Energy Storage Project. ABB. edition 06.2014
• 3. M. Bartłomiejczyk, S. Mirchevski Reducing of energy consumption in public transport – results of experimental exploitation of super capacitor energy bank in Gdynia trolleybus system. PEMC 2014 Conference, Antalya, 22-24.09.2014
• 4. K. Buchta, A. Szeląg: Zastosowanie metod statystyczno-probabilistycznych do oceny napięcia w sieciach trakcyjnych 3 kV DC. in Proceedings 7 Int. Conference MET’2005, Warsaw, pp. 304-310, 2005
• 5. P. Drabek, L. Streit , The energy storage system for light traction based on supercapacitors, IEEE, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion 2012, pp. 1496-1500
• 6. Flywheel energy storage technology overview, http:// www.flywheel energysystems.com/flywheeltechnology.html
• 7. Z. Giziński, P. Giziński, M. Gąsiewski, M. Żuławnik Zasobnikowe układy zasilania w pojazdach trakcyjnych X Międzynarodowa Konferencja MET'11 "Nowoczesna Trakcja Elektryczna " Poznań 29.09 - 01.10.2011,
• 8. Z. Juda Zastosowanie superkondensatorów w układzie odzysku energii pojazdu z napędem elektrycznym, Wydawnictwo Techniczne, 2008
• 9. G. Krawczyk Akumulacja energii w transporcie szynowym, Logistyka 3/2012,
• 10. T. Maciołek, Z. Drążek : Tram vehicle energy accumulator - on- board or in substation. International Conference SPEEDAM 2004 Capri 16-18 VI 2004
• 11. T. Maciołek, A. Szeląg, Z. Drążek Efektywność energetyczna zasobników energii w podstacjach systemu prądu stałego 3kV DC, Logistyka, 3/15, pp. 2990-3001
• 12. L. Mierzejewski, A. Szeląg Aktualne kierunki ograniczania zużycia energii elektrycznej w transporcie kolejowym Technika Transportu Szynowego 7-8/2004, s. 35-41
• 13. M. Orzyłowski,M. Lewandowski Zastosowanie rachunku różniczkowego ułamkowego rzędu do modelowania dynamiki superkondensatorów. Przegląd Elektrotechniczny,, R. 90 8/2014, s. 13-17
• 14. Z. Pawelski Napęd hybrydowy dla autobusu miejskiego Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź Monografia nr. 890, 1996
• 15. M. Pawełczyk Rozwój systemów wykorzystujących akumulację energii w transporcie szynowym. Pojazdy szynowe 2/2011 s. 14-19
• 16. S. Rawicki Semi-automatic control of tram vehicle with intent to attain minimum electric energy use. Przegląd Elektrotechniczny, No. 7, 2009, p. 159-162.
• 17. J. Raczyński Pierwszy w Polsce tramwaj hybrydowy, TTS 10/2005, s 46-47
• 18. T. Solarek Ocena celowości stosowania w taborze trakcji tramwajowej kondensatorowych zasobników energii hamowania odzyskowego; TTS 12/09; s.52-54
• 19. A. Szeląg, L. Mierzejewski Ground transportation systems. Chapter in Encyclopedia of Electrical and Electronic Engineering. Artykuł monograficzny. Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, Supplement I John Wiley & Sons Inc.,NY, USA. s. 169-194, 1999
• 20. A. Szeląg, T. Maciołek, Z. Drążek, M. Patoka Aspekty efektywności i energooszczędności w procesie modernizacji układów zasilania trakcji tramwajowej, Pojazdy Szynowe, 3/2011, s. 34-42
• 21. A. Szeląg, T. Maciołek A 3 kV DC electric traction system modernisation for increased speed and trains power demand-problems of analysis and synthesis. Przegląd Elektrotechniczny 3a/2013, s. 21-28
• 22. A. Szeląg Wpływ napięcia w sieci trakcyjnej 3 kV DC na parametry energetyczno-trakcyjne zasilanych pojazdów, Wyd. INW Spatium Radom, 2013, s.158
• 23. A. Szeląg Zwiększanie efektywności energetycznej transportu szynowego. Technika Transportu Szynowego 12/2008
• 24. A. Szeląg Efektywność hamowania odzyskowego w zelektryfikowanym transporcie szynowym, Pojazdy Szynowe, 4/2009, s. 9-16
• 25. Y. Zhang, L. Wu , X. Hu, H. Liang Model and Control of supercapacitor-based Energy Storage System for Metro Vehicles, 2695-2697
• 26. Standard EN 50163 Railway applications — Supply voltages of traction systems, 2004
• 27. Standard EN 50388 Railway Applications- Power supply and rolling stock. Technical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock to achieve interoperability, 2014